旋渦抑制器的製作方法

2023-09-20 04:16:40

專利名稱：旋渦抑制器的製作方法
旋渦抑制器相關專利申請的交叉引用 本申請要求屬於Koffron等人的2007年12月11日提交的發明名稱為「VORTEX INHIBITOR FOR MOLTEN METAL DISCHARGE HAVING CONSTANT DIMENSION GROOVES (用於熔 融金屬排出且具有恆定尺寸槽的旋渦抑制器)，，的美國臨時專利申請No. 60/007, 459的利 益和優先權，該美國臨時專利申請通過弓I用併入本文。
背景技術：
本發明整體涉及金屬製造裝置，更具體地說涉及在將熔融金屬從容器移出時從熔 融金屬中分離爐渣的裝置。這種製品具有半球形形狀且具有從製品頂部向下延伸的多個恆 定尺寸槽。在金屬製造工藝中，熔融金屬流經諸如熔爐、鋼水包、中間包等容器的排出噴嘴會 在排出噴嘴上方的熔融金屬中引發旋流。在一定水平，旋流的能量會產生旋渦，從而使位於 熔融金屬上方的爐渣層被吸入噴嘴中並且與正通過噴嘴澆注的熔融金屬混合。已經知道幾 種裝置用於抑制爐渣引入排出噴嘴中以避免汙染被澆注金屬。在安裝這些裝置之前，需要 在熔融金屬的水平高於如下點時通過封閉噴嘴來終止澆注所述點即旋渦的吸入作用使爐 渣被向下吸入到排出噴嘴時的點。該步驟將大部分熔融金屬攔在容器中並且會減小熔融金 屬的實際產量。LaBate等人的美國專利No. 4，494，734公開了一種鏢形件，該鏢形件包括可接合 在出鋼口中的懸垂導向部件以引導阻塞物主體相對於出鋼口準確地布置。該專利公開了阻 塞物主體的替代構造，該阻塞物主體用來使金屬產生旋流。該專利教導了對旋流金屬和爐 渣的目測觀察指示何時將終止熔爐的出鋼。許多以前已知的用於禁止爐渣經排出噴嘴流出的裝置採用塞子的形式，該塞子放 在排出噴嘴中以避免經過噴嘴進一步澆注。例如，授予Hofer的美國專利No. 2,810, 169公 開了渣壩和塞子3的使用，該塞子的布置方式在澆注期間機械地受到控制。然而，這種組件 構建起來大且昂貴，並且許多部件需承受熔融金屬的苛刻的環境條件。結果，維修或更換部 件的成本大大地增加了金屬製造的成本。其它已知的用於在排料期間分離爐渣和熔融金屬的裝置包括自支撐在熔融金屬 層中的主體。該自支撐通過將主體構造成使其比重在熔融金屬的比重和爐渣層的比重之間 來實現。這樣一種具有受控密度的裝置是被旋渦吸入噴嘴中並安置在噴嘴內以阻止進一步 流動的球形體。然而，這種裝置即使能移除也是難以移除的，並且經常需要更換噴嘴套筒。授予Schwer的美國專利No. 4，526，349公開了一種環形盤，該環形盤的比重允許 爐渣在爐渣和鋼之間的交界面上分離。然而，該專利也設想藉助於旋渦的吸入作用將球形 體吸入敞開的排出噴嘴中以截斷流體流動。該專利公開了需要使用兩個分立製品。據教導， 環形件抵消了形成在排出噴嘴之上的旋渦效應，而球形體在爐渣即將被引入排出噴嘴中時 僅僅封鎖澆注。結果，會遇到上述問題。本申請人的在先美國專利No. 4，601，415公開了一種特別研製用來抑制旋渦形成的自支撐裝置。該專利限定了漸縮的多邊形主體，該多邊形主體設計成沿長度方向大致符 合旋渦的形狀，以便從熔融金屬的旋流運動提取能量。不像之前所知的塞子主體，據教導， 該已授權的旋渦抑制器藉助於它的旋渦相似形狀來進行自定向。然而，為了確保峰頂向下 布置，專利還公開了一種嵌入在耐火主體內的加重裝置。此外，雖然該專利教導了可以改變 多邊形截面的形狀來調整主體進入排出噴嘴時的堵塞程度或節流效果，但是發現使旋渦抑 制器的形狀從優選實施例中的四面體形狀改變可能影響主體的定向穩定性。具體地說，在 主體布置於熔融金屬池期間或在排出熔融金屬的容器運動期間，當主體受到外部影響時， 幾何均衡性可能打亂所期望的峰頂的向下定向。此外，諸如芯部件等獨立加重裝置的使用 大大地增加了製造旋渦抑制器的複雜性而受冷遇。因此，對於大部分技術而言，旋渦抑制件領域存在改進空間
發明內容

本發明通過提供如下旋渦抑制器來克服上述的缺陷，該旋渦抑制器由具有半球狀 的均質可澆鑄耐火主體構成。主體包括從頂部向下延伸的多個恆定尺寸槽。主體從頂部向 峰頂漸縮。這樣均衡後(proportioned)，重心低於浮心並靠近峰頂。結果，主體使自身在熔 融金屬中峰頂朝下定向，而無需將加重芯嵌入到耐火主體中所需的時間和勞力。通常，本發明的旋渦抑制器包括由均質可澆鑄耐火材料製成的主體。應該理解到， 術語「均質」不完全要求材料同質，而是可以包括彈丸(shot)、鋼釺維或可以與可澆鑄耐火 材料相容地混合的其它材料，以便調整主體的比重。在任何情況下，均質混合物的比重被選 擇為將主體浮動地支撐在爐渣層和熔融金屬層的交界面。主體具有大致半球形形狀並且具有從頂部向峰頂延伸的多個恆定尺寸槽。這種布 置方式使得排出能力穩定，因此在出鋼口被磨損時，流體流動的旁流量(bypass value)也 是恆定的。根據所提供的恆定排出能力，即使出鋼口設置為裝置的中部，該製品仍在總體上 提供相當穩定的堵塞效果。這產生大致相同的產量，就如同採用允許出鋼口按最終出鋼時 間大約為初始出鋼時間的一半的速率被磨蝕的通常做法一樣。然後，作為上述功效的對立 面，排出鋼在堵塞物末端的輸出恆定。因此，本發明的製品實際用作具有帶槽排出口的盤。本發明製品的構造允許製造商在生產部件時使用較少的材料。因此，降低了製造 成本。製品的整體形狀允許孔穿過部件的中心，從而使該製品成為與犧牲棒關聯使用的 鏢形件應用的很好的候選物，該犧牲棒在美國專利No. 6，723，275"Vortex Inhibitor With Sacrificial Rod (帶犧牲棒的旋渦抑制器)」中有所描述，該美國專利通過引用併入本文。因此，本發明提供一種易於製造的主體，這是因為該主體通過將單一混合物澆注 在模具內來容易地形成。然而，主體自動地自定向成主體的峰頂向下朝熔融金屬容器的噴 嘴延伸。結果，旋渦抑制器在由熔融金屬的排出引起的旋渦旋流內自對準。另外，不管側 面、突起部、凹槽或其它用於切斷旋渦引起的旋流的構造的數量為多少，根據本發明構造的 旋渦抑制器的主體都保持重心和浮心的分離。結果，旋渦抑制器的主體可以構造為與如下 節流比無關即在澆注操作期間保持容器中的爐渣層和熔融金屬分離的同時中斷熔融金屬 通過噴嘴排出所需的節流比。


參考結合附圖閱讀對優選實施例的以下詳細描述能更清楚地理解本發明，在所有 附圖中相同的附圖標記表示相同的部件，其中圖1是容納根據本發明構造的旋渦抑制器的熔融金屬容器的正視圖；圖2是圖1中所示的旋渦抑制器的側視圖；圖3是圖1中所示的旋渦抑制器的俯視圖；
圖4是圖1中所示的旋渦抑制器的峰頂的視圖；以及圖5是大致從峰頂看去的圖1所示的旋渦抑制器的透視圖。
具體實施例方式首先參考圖1，示出了熔融金屬容器10，其具有帶排出噴嘴14的底壁12。容器10 可以是使熔融金屬通過噴嘴14排出的熔爐、鋼水包、中間包或其它容器形式。不管容器是 何類型，示出的容器10容納有熔融金屬層16。爐渣層18具有比熔融金屬16的比重小的比 重並位於熔融金屬層16上方。示出的根據本發明的旋渦抑制器20被支撐在容器10內的 爐渣層18和熔融金屬層16的交界面。下面參考圖2至圖5，旋渦抑制器20包括主體22，該主體22具有頂部26和限定 為峰頂(apex)的基部24。示出了內圓錐體28形成在多個向外延伸元件30、32、34、36、38 和40內。突起(或外延)元件30、32、34、36、38和40被相同個數的具有恆定寬度的槽42、 44、46、48、50和52隔開。應該理解到，雖然示例了六個向外延伸元件，但可以使用數量更多 或更少的元件。內圓錐體28終止於峰頂41。旋渦抑制器20的直徑優選地大於噴嘴孔14的直徑(可以根據使用而變化)，從 而僅僅主體22的一部分落在噴嘴14內。由於熔爐內苛刻的環境條件，旋渦抑制器20的直 徑可以顯著大於噴嘴孔14的直徑，以便即使噴嘴孔14的直徑隨著經常被使用而變大，對主 體22的腐蝕(諸如突起(或外延)元件30、32、34、36、38和40的腐蝕)也不會使旋渦抑 制器20的最外點的直徑顯著減小為小於噴嘴孔14的直徑。旋渦抑制器20可以具有如下主體22 該主體22具有各種合適的形狀(例如，半 球形狀、半橢球形狀等)和構造(例如，突起部、槽等)。例如，根據一個示例性實施例，旋渦 抑制器20可以具有半球狀主體部分22，如圖3最佳地示出，該主體22尤其包括徑向地且 相互成角度地從主體延伸的多個突起元件30、32、34、36、38和40，以限定多個城堡形構造 (castellation)80。突起元件30、32、34、36、38和40可以從主體22的頂部26向下延伸到 主體22的基部24。突起元件30、32、34、36、38和40可以具有任意合適的形狀(例如，三角 形形狀等)並且可以以任意合適的形式布置或隔開(例如，彼此在橫向上等距地隔開等)。如所示，無論主體22的形狀是大致半球形形狀還是大致半橢球形形狀，恆定尺寸 槽42、44、46、48、50和52與圓錐體28 —起被設計為用來提供大致穩定的堵塞效果。因此， 如此成形的旋渦抑制器20能在由於磨損而尺寸逐漸增大的孔內配合併有效地運行。即使 遵循通常做法而使孔以最終出鋼時間為初始出鋼時間的一半的速率被磨損，這種設計也能 允許生產量保持相同。然後，作為上述功效的對立面，排出鋼在堵塞物末端的輸出恆定。雖然在上文中描述了本發明，但是對本領域的技術人員來說，顯而易見的是，可以 在不脫離所附權利要求書中所限定的本發明的範圍和精神的情況下對本發明進行許多變型。
權利要求
一種從排出噴嘴澆注的熔融金屬的旋渦抑制器，主要包括可澆鑄耐火主體，其具有幾何上均衡的形狀，從而使所述可澆鑄耐火主體的重心低於浮心並且所述重心朝向錐形形狀的峰頂，從而當所述可澆鑄耐火主體被支撐在所述熔融金屬中時，所述可澆鑄耐火主體自定向在峰頂向下的位置，其中，所述可澆鑄耐火主體包括具有頂部和峰頂的半球體、以及在所述頂部和所述峰頂之間延伸的多個恆定尺寸槽。
2.一種從排出噴嘴澆注的熔融金屬的旋渦抑制器，包括 部分具有多個大致三角形形狀的徑向延伸的 突起部，所述突起部繞所述主體沿周向布置以限定多個城堡形構造。
3.如權利要求2所述的旋渦抑制器，其中，所述城堡形構造向所述主體的峰頂延伸並且具有恆定的寬度。
4.如權利要求2所述的旋渦抑制器，其中，所述城堡形構造向所述主體的峰頂延伸，具有恆定的寬度，並且具有面向主體的半徑 恆定的基面。
5.如權利要求2所述的旋渦抑制器，其中，所述城堡形構造向所述主體的峰頂延伸，具有恆定的寬度，並且具有面向主體的半徑 恆定的基面。
6.如權利要求2所述的旋渦抑制器，其中，所述城堡形構造向所述主體的峰頂延伸，並且三角形形狀的所述突起部具有大致恆定 的半徑。
7.如權利要求2所述的旋渦抑制器，其中，所述城堡形構造向所述主體的峰頂延伸，並且三角形形狀的所述突起部具有半徑基本 上變化的表面。
8.如權利要求2所述的旋渦抑制器，其中，所述城堡形構造向所述主體的峰頂延伸並且在到達所述峰頂之前終止。
9.一種從排出噴嘴澆注的熔融金屬的旋渦抑制器，包括具有大致曲形部分的主體，所述大致曲形部分具有多個成形的徑向延伸的突起部，所 述突起部繞所述主體沿周向布置以限定多個槽。
10.一種從排出噴嘴澆注的熔融金屬的旋渦抑制器，包括具有大致曲形部分的主體，所述大致曲形部分具有多個三角形形狀的徑向延伸的突起 部，所述突起部繞所述主體沿周向布置以限定多個恆定寬度槽。
全文摘要
本發明公開一種用於在熔融金屬通過噴嘴(14)排出期間從熔融金屬中分離爐渣的改進型旋渦抑制器(20)，該旋渦抑制器包括大致均質可澆鑄耐火主體(22)，該主體為大致成半球或半橢球形狀的主體(22)並具有多個大致三角形形狀的突起元件(30、32、34、36、38和40)，突起元件限定了從旋渦抑制器(20)的頂部(26)向下朝峰頂(41)延伸的多個大致恆定尺寸槽(42、44、46、48、50和52)。
文檔編號B22D41/00GK101970695SQ200880126527
公開日2011年2月9日 申請日期2008年12月11日 優先權日2007年12月11日
發明者約翰·W·德雷施, 羅伯特·J·科夫羅恩, 羅斯·A·雅各布斯 申請人:特創公司